FR2987488A1

FR2987488A1 - Procede de fabrication de pastilles de combustible nucleaire a absorbeur consommable et pastilles de combustible nucleaire a absorbeur consommable obtenues grace a ce procede.

Info

Publication number: FR2987488A1
Application number: FR1350625A
Authority: FR
Inventors: Young Woo Rhee; Dong-Joo Kim; Jong-Hun Kim; Jae-Ho Yang; Keon-Sik Kim; Yang-Hyun Koo
Original assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI
Current assignee: Korea Atomic Energy Research Institute KAERI
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2013-08-30
Anticipated expiration: 2033-01-24
Also published as: US20130223582A1; US9653188B2; FR2987488B1; KR101302695B1

Abstract

La présente invention concerne un procédé de fabrication de pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable et les pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable ainsi obtenues. Le procédé de fabrication comprend l'ajout d'un composé de bore et d'un composé de manganèse à un ou plusieurs types de combustibles nucléaires pulvérulents choisis parmi le dioxyde d'uranium (UO ), le dioxyde de plutonium (PuO ) et le dioxyde de thorium (ThO ), et leur mélange (étape a) ; le compactage du mélange pulvérulent de l'étape a) pour obtenir des comprimés (étape b) ; et le frittage des comprimés de l'étape b) sous une atmosphère d'hydrogène (étape c). Selon le procédé, le frittage peut être réalisé sous une atmosphère d'hydrogène à une température inférieure à celle classiquement utilisée lors de la production en masse de pastilles frittées de combustible nucléaire, grâce à l'ajout d'additifs de frittage comme l'oxyde de manganèse ou un composé équivalent.

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication de pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable et les pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable obtenues grâce à ce 5 procédé. Les pastilles frittées à base de dioxyde d'uranium (UO2) sont les combustibles nucléaires les plus fréquemment utilisés, lesquelles contienne-n7 I % à 5 % en poids d'U235. Quand l'U235 se désintègre cause des 10 neutrons, de l'énergie est générée par fission nucléaire. Il est davantage bénéfique sur le plan économique si le cycle de fonctionnement du coeur du réacteur nucléaire est prolongé, pour ainsi augmenter son efficacité opérationnelle. Il est donc bénéfique de 15 charger aut-: que possible de matière nucléaire fissile dans le coeur du réacteur pour augmenter le cycle de fonctonnement du coeur du réacteur nucléaire. Cependant, quand la quantité de matière nucléaire fissile est trop élevée, la ri.--tivité est trop élevée 20 dans le stade initial du cycle, ce qui ficcte la sécurité du coeur de réacteur nucléaire. Par conséquent, afin de réguler les neutrons, des pastilles frittées à absorbeur consommable contenant un matériau d'abscrbeur consommable à section efficace d'absorption élevée, tel 25 que le gadolinium (Gd) ou l'erbium (Er), peuvent être utilisées. Ces crayons de pastilles fri-nées absorbeur consommable sont parfois appelés « crayons de poison » en raison de leur propriété d'empoisonnement. Il a été tente en 1960 par la Combustion 30 Engietng Inc. (USA) de fabriquer des pastilles frittées à absorbeur consommable (ou « crayons de poison ») en ajoutant unif=éTent des composés de bore (B), notamment du B4C, jouan._ le rôle de matériaux d'absorbeur consommable. Cependant, des problèmes ont 5 été identifl.és, comme la formation de B203 ayant un point de fusion bas et un. point d'ébullition bas par la réaction entre un excès d'oxygène provenant de la poudre d'UO2 avec le bore lors du frittage, qui se volatilise facilement, et une ag7entation de la 10 pression interne en raison de la génération d'hélium lors de la réaeion suiva-e : 1°B + 1n -> 11B (état excité) -> 4He + 7L1. Par ailleurs, les chercheurs de l'Irradiation Engineering :c. ont observé un comportement 15 d'oxydation du mélange UO2 34C dans une plage de températures allant de 325 °C à 1600 °C. L'observation a confirmé que la réaction d'oxydation de B4C avec l'excès d'oxygène provenant d'UO2 se produit sur la totalité de la plage de températures testée et que le 20 B203 formé se volatilise rarement sous 1200 °C. Il a également été rapporté que les com de bore restant après la volatilisation forment une phase d'UB4 à une température située entre 1250 °C et 1300 °C, lesquels étaient donc présents dans UO2. Cependant, pour trouver 25 une solution à la volatilité relativement élevée lors du frittage, il a été nécess re d'ajouter une quantité en excès de composés de bore à un stade initial, en prenant en compte la quantité de volatilisation, pour s'assurer que le bore reste dans les pastilles frittées 30 en une quantité suffisais - pour jouer le rôle de pastilles d'absorbeur consommable. Cependant, la quand excessive de bore volatilisé à provoquer une dégradation importante de la densité des pastilles frittées. Par conséquent, la densité fri-_ ce n'a pas dépassé 90 % DT (densité théorique), même quand le frittage a été réalisé à une t(2mpérature de 1600 °C. Le Kr f k Union Akt,nqesellschaft (Allemagne, US Letters brevet No. 4 774 051) a rpporté ensuite la production de comprimés frittés dans lesquels du bore est dispersé uniformément, par le mélange d'UB de 2 pm à 100 p (X = 2, 4, 12) et d'une poudre de B4C avec une poudre d'UO2 de 15 pm, respectivement, et le frittage des mélanges respectifs sous des atmosphères réductrices et légèrement oxydantes. Bien qu'il soit rapporté que des comprimés frittés ayant une densité frittée dépassant 95 % DT ont été produits en synthétisant à l'avance une poudre d'UBx (X = 2, 4, 12) avec une poudre d'UO2, et en. effectuant un frittage à 1700 °C, la température étant similaire à la temoérature classiquement utilisée pour produire des 20 comprimés frittés par l'utilisation d'une atmosphère - r- telle que de l'hydrogène gazeux, il était e de mettre en oeuvre le procédé dans le procédé classique de production de pastilles frittées car il était nécessaire de synthétiser préalablement une 25 poudre d'UBx. Il e également été rapporté que des comprimés frittés, contenant du bore dispersé de manière homogène à une cunsité frittée de 95 % DT (densité )rique), peuven être fabriqués quand le frittage est réalisé à 30 une tccmpérature basse de 1150 °C sous une atmosphère ,-gèrement oxydante au moyen de CC:; gazeux, et on pense que ceci peut être attribué aux deux phénomènes typiques suivants qui se produisent quand de l'UO2 est fritté sous une atmosphère lécèrenent oxydante. Certains frittages sous atmosphère légèrement 5 oxydante ont pour effet que du B4C est capturé dans les grains en raison. d'une migration rapide des limites des grains (croissance anormale des grains) dans AUC-UO2. En outre, à cause de la presson partielle en oxygène dans l'atmosphère de CO2 gazeux plus élevée que dans 10 l'atmosphère de gaz réducteur, le<rappert oxygène/métal (0/U) d'UO2 augmente, et comme le coefficient de diffusion de l'U augmente, il est possible de densifier des comprimés d'UO2 mme à une température aussi basse que 1150 °C qui n'est pas suffisante pour volatiliser 15 le 3203. Par conséquent, il est possible de réduire la porosité ouverte et la volatilisation du bore peut être efficacement suoprimée car les passages permettant au B203 voiaLi_ de sortir des comprimés frittés sont éliminés. 20 Cependant, comme les phénomènes susmentionnés s'observent seulement dans la poudre d'UO2 préparée par le procédé AUC (humide), il est difficile à mettre en oeuvre pour préparer les autres poudres d'UO2, telles que les poudres d'UO2 obtenues par les voies DC, IDR et 25 ADU. En outre, en -...erme de fabrication, comme l'atmosphère de frittage est du CO2 gazeux, le procédé est difficilement compatible avec le procédé classique de fabrication cie comprimés frittés de combustible nucléaire qui fait appel à un frittage sous atmosphère 30 rédueL et la capture du CO2 gazeux ayant une faible capacité de diffusion dans la porosité des pastilles frittées provoque un gonflement beaucoup plus important du combustible nueluire qui s'aggrave lors de l'irradiation dans le cer nucléaire. Les gaz, tels que le CO et le CO2, nu s'échappent normalement pas des pores fermés de la ille frittée d'UO2 à cause de leur solubilité inférieure à celle du H2 et de 1'02. En raison des problèmes susTentionnés, il n'a jamais été rapporté l'utirsation dans un réacteur à eau légère commercial de pastilles frittées à absorbeur consommable dans lesquelles du bore est dispersé uniformément. En effet, le réacteur à eau légère actuellement dispon:ble utilise des pastilles frltLées dont les surfaces sont recouvertes de bore. Des études ont été menées pour fabriquer des pastilles fr.:. Lécs à poison consommable intégré en ajoutant du SiB4 à ifUO2, 7.ais aucune commercialisation n'a été tentée jusqu'à présent. Afin d'atteindre les objets susmentionnés, un objectif technique consiste à proposer un procédé de fabrication de pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable qui peut comprendre l'ajout d'un composé de bore et d'un composé de manganèse à un ou plusieurs types de combustibles nucléaires pulvérulents choisis dans le groupe constitué du dioxyde d'uranium (UO2), du dioxyde de plutonium (Pu02) et du dioxyde de thorium (Th02) et. leur mélange (e a), le compactage du mélange pulvérulent de l'étape a) pour obtenir des comprimés (étape b) et le frittage des comprimés de 30 l'étape b) sous une atmosphère d'hydrogène (étape c).

Selon des caractéristiques particulières du procédé de l'invention, le composé de bore de l'étape a) est un ou plusieurs types de composés choisis dans le groupe constitué du carbure de bore (B4C), du diborure de titane (TiB2), du dibo-ru-re de zircol um (ZrB2) et du nitrure de bore (BN). Il est de préférence le nitrure de bore (BN). Selon autres caractéristiques du procédé de l'invention, le composé de manganèse de l'étape a) est un ou. plusieurs types de composés choisis dans le groupe constitué de l'oxyde de manganèse (MnO), du dioxyde de. manganèse (Mn02), du sulfure de manganèse, du fluorure de man anèse et du chlorure de manganèse. Il est de préférence l'oxyde de manganèse (MnO) Selon encore d'autres caractéristiques, le composé de bore à l'étape a) est ajouté en une quantité de 0,01 à 5 % en pu_ d.F.: par combustible nucléaire pulvérulent, et le composé de manganèse de l'étape a) est ajouté en une quantité de 0,01 % à 1 % en poids par combustible nucléaire pulvérulent, e. mélangés dedans. En outre, les comprimées de _jétape b) sont formées sous une pression de 1 tonne/cm2 à 5 tonnes/cm2. De plus, le composé de bore et le composé de manganèse sont cspersés uniformément dans les 25 pastilles de l'étape b). Selon une autre caractéristique du procédé de l'invention, le frittage de l'étape c) est réalisé à une tennérature située dans la plage allant de 1000 °C à 15'On de préférence à une température située dans 30 la plano allant de 1000 °C à 1200 °C.

Dans le procédé de l'invention, l'atmosphère d'hydrogène comprend en outre un ou plusieurs types de gaz choisis dans le groupe constitué de l'argon, de l'azote, du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau.

En outre, un autre objet technique est de proposer des pastilles fritt.ées de combustible nucléaire à absorbeur cons=able fabriquées par ledit procédé de fabrication, dans lesquelles le composé de bore est uniformément dispersé.

En outre, les pastilles selon l'invention possèdent une densité supérieure ou égale à 90% DT (densité théorique). Selon le procédé de fabrication, le frittage peut être réalisé sous une atmosphère d'hydrogène à une température inférieure à celle qui est habituellement utilisée pour effectuer un frittage sous atmosphère d'hydrogène lors de la production on masse de pastilles frittées de combustible nucléaire, grâce à l'ajout d'additifs de frittage tels que l'oxyde de manganèse ou équiv:on:s. Ainsi, une densification suffisante de l'UO2 _ produit à une température à laquelle la volatilisation du bore n'est pas apparente, ce qui diminue ainsi la porosité ouverte, supprime les passages de sortie pour le bore volatilisé et minimise la volatilisation du bore. En outre, comme des composés de bore produits en masse, tels que le carbure de bore (B4C), le dborure de titane (TiB2), le diborure de zircon (Zr-B2) ou le nitrure de bore (BN), peuvent Crc itilisés, un procédé supplémentaire de synthèse n'est pas nécessaire. De plus, bien qu'un problème de lement lors de l'irradiation soit observé avec les pastilles frittées fabriquées par le procédé classique utilisant du CO2 gazeux, les pastilles frittées de combustible nucléaire à absorbeur consommable selon la présente invention c êchent le gonflement dû au dioxyde de carbone et possèdent une densité frittéeélevée qui est supérieure ou égale à 90 % DT. Les aspects précédemment mentionnés et/ou d'autres aspects de la présente invention seront davantage apparents à la lecture de la description de certains exemples de modes de réalisation, en se référant aux dessins joints, sur lesquels : la figure 1 est une représentation graphique des variations de la densité éittée de pastilles frittées de combustible nucléaire à base d'UO2 et de pastilles frittées de combustible nucléaire à absorber consommable pendant la dur e du frittage ; et les figures 2 et 3 sont des images prises au microscope optique des pastilles frittées de 20 corioustible nucléaire à absorbeur consommable. Ci-dessous dans le présent document, un procédé de fabrication de pastilles de combustible nucléaire à absorbeur cons077able selon un mode de réalisation de la présente invention va être expliqué en se référant 25 aux étapes respectives. Un procédé de fabrication de pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable, selon un mode de réalisation, comprend une étape a) consistant à ajouter des composés de bore et des .7omposés de 30 manganèse à un ou plusieurs types de combustibles nucléaires pulvérulents choisis dans le groupe constitué du dioxyde d'uranium (UO2), du dioxyde de. plutonium. (Pu02) et du dioxyde de thorium (Th02) et à les mél- Actuellement, le gadolinium (Gd) est l'absorbeur 5 consommable de neutrons le plus fréquemment utilisé lors de la fabrication des pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable. Cependant, comme le gadolinium est un lenthanide, son prix a subi une aucmontation importoe. qui devrait se poursuivre. en 10 raison de son utilisation dans diverses industries. Comme une pénurie en gadolinium es: pratiquement certaine, il est nécessaire d'avoir un procédé permettant de fabric4ucr des pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable sans que soit utilisé 15 du gadolinium. Il exif3te un exemple où des composés de bore, tels que B4C, BN, sont ajoutés à une poudre de dioxyde d'uranium pour former des pastilles de combustible nucéaire à absorbeur consommable, mais les défauts des pas.._illes produites sont qu'elles possèdent 20 une densité frittée basse et qu'elles gonflent à cause du CO2 gazeux. Sur la base des défauts susmentionnés, l'étape a) selon un mode de réalisation produit une matière première pulvérulente par l'ajout d'un composé de bore 25 et d'un composé de mariçaoèse et leur mélange. Pendant le frittage, le composé de bore réagit avec l'oxygène en excès se trouvant dans l'UO2, l'eau ou équivalents pour ainsi former du B203. Il est rapporté que la température élevée habituelle du 30 frittage située dans la plage allant de 1600 °C à 1800 °C sous une atmosphère d'hydrogène provoque l'accélération ultérieure de la volatilisation du bore. Il en résulte que les comprimés frittés à base d'UO2, auxquels un composé de bore est ajouté, possèdent une densle frittée bien plus basse que celle des pastilles 5 frittées à base d'UO2 qui sont frittées dans les mêmes conditions, mais sans que du bore soit ajouté. Le problème du frittage à basse température sous atmospère légèrement oxydante, telle qu'une atmosphère de CO2, est qu'il n'est pas compatible avec le système 10 actuel de production en masse. Par conséquent, un procédé de fabrication de pastilles frittées de combustible nucléaire à absorbeur consommable selon un mode de réalisation propose de densifier l'UO2 (auquel un composé de bore est ajo L) 15 à une température basse où la volatilisation du B2O3 ne s'observe pas, tout en utilisant le frittage sous atmosphère d'hydrogène qui est utilisé dans le procédé classique de production en masse de pastilles frittées, pour ainsi favoriser le frittage de l'UO2 auquel un 20 composé de bore est ajouté plutôt que le frittage de l'UO2 pur. En chut, en prenant en compte le fait que le B203 est en phase liquide, un frittage en phase liquide est réalisé, ce qui fournit des passages permettant une migration plus rapide de la matière et 25 permet également la densification de l'UO2. Par conséquent, le composé de bore dans l'étape a) peut être le carbure de bore (84C), le diborure de titane (TiB2), le diborure de zirconium (ZrB2) ou le nitrure de bore (BN), pouvant former du B203 par 30 ré c avec un excès d'oxy ène, de l'eau ou équivalents dans 002, et est de préférence le nitrure de bore, mais sans s'y limiter. N'importe quel composé de bore peut donc .re utilisé, à condition que le composé de bore puisse former du B203 par réaction avec un excès d'oxygène de l'UO2 lors du frittage.

Par ailleurs, si l'on prend en compte la température relativement très basse du frittage par rapport à celle utilisée dans l'art antérieur, un procédé de fab cation de pastilles frittées de combustible nucléaire à absorbeur consommable selon un mode de réalisaton peut ne pas être capable d'atteindre une densité frittée suffisante dépassant 90 % DT seulement avec l'effet du frittage en phase liquide du composé de bore. C'est-à-dire qu'un additif de frittage pour accélérer davantage la densification à basse température sous une atmosphère d'hydrogène est nécessaire. Par conséquent, dans l'étape a) selon un. mode de réalisation, un composé de manganèse est également ajouté en qu'additif de age, celui- ci favorisant davantage le frittage sous une atmosphère réductrice, noi_a:=nt une atmosphère d'hydrogène. En outre, en combinaison avec l'effet de frittage en phase liquide du composé de bore, il est possible de fabriquer des pastilles frittées de combustible nucléaire à base d'UO2 dans lesquelles un composé de bore est dispersé uniformément, à une densité frittée aussi élevée que 90 % DT ou plus même à une température de fri le inférieure à celle utilisée dans l'art antérieu Le composé de manganèse est utilisé sous la forme 30 d'un ion de manganèse dans 'es réseaux de l'UO2 lors du frittage, pour ainsi introduire des défauts, tels qu'une lac=e d'U, dans la structure granulaire de l'UO2 et augmenter par la suite la vitesse de diffusion et la migration des matières. Une migration rapide des matières du fait de la présence du manga, èEpeut eut favoriser la densification et le frittage des comprimés de combustible nucléaire à base d'UO2. Dans l'étape a), du dioxyde d'uranium (UO2), du dioxyde de plutonium (Pu02) et du dioxyde de thorium (Th02), pouvant être utilisés comme combustible nucléaire pulvérulent, sont des matières de combustible nucléaire ayant des structures de réseau identiques, et peuvent être uLilisés dans un mélange approprié ou individuellement. Dans l'étape a), le composé de manganèse peut être 15 l'oxyde de manganèse (MnO), le dioxyde de manganèse (Mn02), le sulfure de manganèse, le fluorure de manganèse ou le chlorure de man-anèse, et de manière davantage préférée l'oxyde de manganèse, mais sans s'y limiter. Par conséquent, n'importe quel composé de 20 ganèse peut être utilisé, à condition que le composé :isse fournir des ions de manganèse qui sont utilisés dans le réseau de 1'002 pendant le frittage. Dans l'étape a), le composé de bore, tel que le carbure de bore (B4C), le diborure de titane (TiB2), le 25 diborure de zirconium (ZrB2) ou le nitrure de bore (BN), peut être ajouté de préférence en une quantité de 0,01 % à 5 % en poids par combustible nucléaire pulvérulent. Si le composé de bore est ajouté en une quantité _LnLericure à 0,01 % en poids par combustible 30 nucl6aire p'.:lvéruJent, la capacité d'absorption des neutrons par le bore est difficile à obtenir, et si le composé de bore est ajouté en une quantité supérieure à 5 % en poids par combustible nucléaire pulvérulent, la quantité en excès de composé de bore peut provoquer l'augmentation de la pression interne du crayon en raison du gonflement et de la formation d'He gazeux lors de l'irradiation des pastilles frittées. Dans L'étape a), le conne manganèse, tel que l'oxyde de manganèse (MnO), dioxyde de manganèse (Mn02), le sulfure de manganèse, le fluorure de 10 manganèse ou le chlorure de manger:è.su., peut être ajouté de préférence au combustible nucléaire pulvérulent en une quantité de 0,01 % à 1 % en poids. Si le composé de manganèse es' ajouté en une quantité inférieure à 0,01 % en ooidc par combustible nucléaire pulvérulent, 15 l'effet d'accélération du frittage par le composé de manganèse n'est pas obtenu, tandis que si le composé de manganèse est ajouté en une quantité supérieure à 1 % en poids par combustible nucléaire pulvérulent, un frittage excessif peut se prAu:e, ce qui détériore la 20 densité frittée des pastilles iriLtées Le mélanue dans l'étape e) peut être effectué au moyen d'un appareil approprié, tel qu'un mélangeur tabulaire, un mélangeur en V, un broyeur à attrition ou un broyeur à boulets, et n'importe quel appareil 25 approprié peut être utilisé, à condition que l'appareil fournisse une poudre mélangée de manière uniforme. Dans un mode de réalisation, un procédé de fabrication de pastilles frittées de combustible nucléaire à absorbeur consommable peut comprendre une 30 étape b) consistant à compacter le mélange pulvérulent de ' étape pour o.cec des comprimés, grâce à laquelle des comprimés contenant un composé de bore et un composé de manganèse dispses uniforméTent sont produits. Le compactage peut être réalisé sous une pression 5 de 1 tonne/cm2 à 5 tonnes/cm2. Si la pression pendant le compactage est inférieure à 1 tonne/cm2, le mélange pulvérulent. en n'est pas comprim(:, suffisamment, ce qui ne confère pas l'intégrité souhatée aux comprimés et les rend difficile à manipuler. Si la pression pendant 10 le compactage est supérieure à 5 tonnes/cm2, la compression sous pression excessive aggrave l'usure du moule de compactage, et une telle compression n'a pas d'effet important sur la densité frittée finale. Par ailleurs, un compactage classique, par exemple 15 une compression, peut être mis en oeuvre, et les comprimés peuvent avoir de préférence une forme cylindrique ou annulaire après le compactage, mais sans s'y limiter. Dans un mode de réalisatj un procédé de 20 fabrication de pi,stilles de combustible ri-71c. ire à absorbeur consommable peut comprendre une étape c) consistant à fritter les comprimés de l'étape b) sous une atmosphère d'hydrogène, soit en utilisant de l'hydrogène gazeux pur, soit en utilisant 25 en plus des gaz, tels que l'argon, l'azote, le dioxyde de carbone ou la vapeur d'eau, pour former l'atmosphère d'hydrogène. Il est donc possible de fabriquer des pastilles frittées de combustible nucléaire à absorbeur 30 consommable par le frittage des comprimés produits dans l'étape b) sous une atmosphère d'hydrogène. Un procédé classique de fabrication de pastilles frittées de combustible nucléaire à absorbeur consommable par ajout de bore a comme inconvénient que le bore ajouté se volatilise car le frittage est réalisé à une température sutér cure à environ 1600 °C. Si la température du frittage est diminuée pour éviter la volatilisation du bore, la densité des pastilles frittées se détériore. En outre, il a été tenté d'éviter la volatilisation du bore et la détérioration de la densité en synthétisant à l'avance un ccmposé de bore ayant une faible volatilité en UB), ou éuu valents, ou d'effectuer le frittage à basse température sous une atmosphère de dioxyde de carbone. Cependant, ces tentatives présentent Oc:s inconvénients. En effet, il est nécessaire d'ajouter le procédé de synthèse d'UBx au sys'=.èTe de production classiq ou quand le gaz de l'atmosphère est le dioxyde de carbone, le dioxyde de carbone peut être encapsulé dans les pores fermés des pastilles frittées, ce qui provoque un gonflement important lors de l'irradiation du combustible nucléaire. Le procédé de fabrication selon un mode de réalisation résout ces problèmes, tout en utilisant tel quel le système de production de pastilles frittées actuellement utilisé, par le simple ajout d'un procédé consistant à ajouter un composé de manganèse au combustible nucléaire pulvérulent pour ainsi accélérer le frittage, ce qui permet d'obtenir un procé de fabrication dans lequel le frittage est mené à une température relativement basse sous une atmosphère 30 d'hydrogène, d'éviter la volatilisation du bore et d'obtenir densité frittée élevée. De plus, comme la taille des atomes est plus petite que celle du dioxyde de carbone, le frittage est réalisé SOUS une atmosphère d'hydrogène qui facilite la sortie des pastilles frittées, ce qui évite l'aggravation du gonflement lors de l'irradiation du combustible nucléaire. Le frittage dans apc c) peut être réalisé à une température située dans la plage allant de 1000 °C à 1500 °C, ou de préférence de 1000 °C à 1200 °C, en fonction des quantités ajoutées de composé de bore et de composé de manganèse. Si la quantité du composé de bord est élevée, l'augmentation de la présence du composé de bore restant après la formation d'une quantité prédéterminée de B203 augmente la section et gêne la densification, ce qui nécessite l'augmentation de la température du frittage, et si la quantité de composé de manganèse est élevée, suffisante peut être obtenue même à densification température de frittage peut la température par exemple une une frittage plus asse. La t( upérature du être fixée de faç n à être inférieure à 20 de frittage classiquement appliquée, 1600 °C à 1800 °C, et il est donc possible d'éviter la volatilisation du bore lors du frittage du fait d'une température de frittage basse. Si le frittage est réalisé à une température inférieure à 1000 °C, la 25 densité des pastilles frittées peut se détériorer, tandis que si le frittage est réalisé à une température supérieure à 1500 °C, le bore ajouté peut se volatiliser. Si le frittage dans l'étape c) est réalisé à une 30 tempér --_ure de 1000 °C à 1200 °C, un procédé de fabrcation dans un mode de réalisation peut comprendre en outre une étape supplémentaire de traitement therm-ique à une température située dans la plage allant de 1200 °C à 1500 °C pour permettre au composé de bore se trouvant dans les pastilles frittées de réagir dans une phase plus stable (c'est-à-dire, UBx (x - 2, 4, 12), mais sans s'y limiter. Dans un mode de réalisation, les pastilles frittées de combustible nucléaire à absorbeur consommable fabriquées selon le procédé de fabrication d'un mode de réalisation de la présente invention sont obtenues. Les pastilles frittées de combustible nucléaire à absorbeur consommable selon un mode de réalisation sont fabriquées par l'intermédiaire d'un frittage sous une 15 atmosphère d'hydrogène à une température plus basse que la Lemuérature habituellement utilisée, ce qui permet d'éviter la volatilisation du bore, et des composés de bore, tels que le carbure de bore (B4C), le diborure de titane (Ti:--.), le cborure de zirconium (ZrB2) ou le 20 nitrure de bore (B,), sont dispersés uniformément dans la matière du combustible nucléaire, telle que le dioxyde d'uranium, le dioxyde de plutonium ou le dioxyde thorium, et une densité frittée élevée est assurée. En outre, le frittage sous une atmosphère 25 d'hydrogène permet une compatibilité avec le système de production de pastilles frittées actuellement utilisé. Les pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable selon un mode de réalisation de la présente invention p ent avoir une densité frittée _leure 30 ou égale à 90 % DT. C'est-à-dire que les pastilles frittées de combustible nucléaire selon un mode de réalisation peuvent avoir une densité frittée relativement plus élevée, bien qu'elles soient frittées sous une atmosphère d'hydrogène à basse températurc Un mode de réalisation de la présente invention va 5 être expliqué en détail ci-dessous, en se référant à des exemples. Cependant, les exemples sont seulement proposés dans un but illustratif et ne doivent pas être considérés comme une limite à l'invention. 10 Exemple 1 : fabrication de pastilles de combustih_c nuclaire à absorbeur consommabe 1 Etape a) : un mélange de poudres a été préparé par l'ajout de nitrure de bore et d'oxyde de manganèse à une poudre de dioxyde d'uranium. Le nitrure de bore a 15 été ajouté à la poudre de dioxyde d'uranium en une quantité de 0,1 % en poids, et l'oxyde de manganèse a été ajouté à la poudre de dioxyde d'uranium en une quantité de 0,2 % en poids, e l'ensemble a été mélangé. Etape b) : le méla de poudres préparé dans 20 l'étape a) a été soumis à un compacàge sous 3 tonnes/cm2 de pression pour obtenir des pastilles. Etape c) : les pastilles p:érarées dans l'étape b) ont été frittées sous une atmosphère d'hydrogène à 1100 °C pendant 1 à 4 heures, pour former des pastilles 25 de combustible nucléaire à absorbeur consommable. Exemp 00mo t1 f 1 Les pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable ont été fabriquées selon le même procédé 30 que celui décrit ci-dessus dans l'exemple 1, sauf que le mélange de poudres a été préparé sans ajouter d'oxyde de manganèse dans l'étape a). Exemple compa_aLif 2 Les pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable ont été fabriquées selon le même procédé que celui décrit ci-dessus dans l' xemple 1, sauf qu'une poudre d'UO2 a été préparée sans ajouter d'oxyde de manganèse et de nitrure de bore dans l'étape a). 10 Exemple experimen_ 1 : oa lyse de la densité frittée des pastilles de combust- e nucléaire à sorbeur consommable La densité frittée des pastilles de combustible 15 nucléaire à absorbeur consommable fabriquées dans l'ex= e 1 et les exemples comparatifs 1 et 2 a été ar.aysée avec un procédé d'immersion et les résultats son-._ présentés sur la figure 1. on peut le voir sur la figure 1, les 20 pastilles frittées de combutoTe nucléaire fabriquées en ajoutant seulement un composé de bore (exemple comparatif 1) présenter_ une densité frittée bien plus élevée que celle des pas 'les frittées de combustible nucléaire à base d'UO2 pur fabriquées dans les mêmes 25 condftions de température de f-Tttage et de durée de fri (exemple comparatif 2). Ceci indique qu'une parte du composé de bore dans la plage de températures de frittage de la p.,Inte invention forme une phase liquide de B203, is accélère le frittage du 30 combustible nucléaire. Cependant, la densité frittée reste aux alentours de 88 % DT, et est donc inférieure à la densité cible (90 % DT) même après 4 heures de frittage. Au contraire, les pastilles frittées de combustibe nucléaire à absorbeur consommable 5 fabriquées dans l'exemple 1 selon la présente invention, auxquelles un composé de bore (c'est-à-dire, du nitrure de bore) et un additif de frittage (c'est-à-dire, de l'oxyde de manganèse) ont été ajoutés, présentent une densité frittée plus élevée que celles des pastilles 10 friftées fabriquées dans les exemples comparatifs 1 et 2. La densité frittée est environ de 94 % DT après 1 heure de frittage, laquelle augmente encore si le fritt,r-,, se poursuit. L'augmentation de la densité frittée est ts faible après environ 4 heures de 15 frittage. D'après les déco-ertes susmentionnées, il a été confirmé que la densité frittée pouvait être encore améliorée par l'ajout d'un composé de bore et d'un composé de manganèse, en tant qu'additifs de frittage, 20 dans le procédé de fabrication de pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable selon la présente invention. Exemple expérimental 2 : analyse de la microstructure 25 des pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable Les surfaces des pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable de l'exemple 1 et les surfaces des pastilles frittées de l'exemple comparatif 30 1 ont été examinées sous un microscope optique et les résultats sont présentés sur les figures 2 et 3.

Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, les pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable de l'exemple 1 présentent un nombre de porosité (points noirs) beaucoup moins important que celui des pastilles frittées fabriquées dans l'exemple comparatif 1. Ceci s'explique par le fait que les pastilles frittées de l'exemple comparatif 1 n'ont pas subi une densification correcte en raison des conditions de frittage, c'est-à-dire un frittage à basse température sans ajout d'additifs de frittage. Au contraire, les pastilles frittées de l'exemple 1 présentent une densité frittée élevée, car la densification s'est correctement déroulée, en générant un nombre jn rieur de porosité même à basse température du fait de la présence de l'oxyde de manganèse. D'après les découvertes susmentionnées, il a été confirmé que la densification des pastilles frittées peut être obtenue même à une temoture de frittage relativement b.rs par l'ajout de l'oxyde de manganèse en tant qu'additif de frittage selon le procédé de fabrication de pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable selon la présente invention. Par conséquent, des pastilles fritLes posséuant une densité frittée élevée peuvent être fabriquées. Les modes de réalisation et les avantages précédemment mentionnés sont simplet des exemples et ne doivent pas être considérés comme une limite à la présente invention. Les présents enseignements peuvent être facilement appliqués à d'autres types d'appareils. En outre, la description des exemples de modes de réalisation du concept de la présente invention a un but illustratif et ne limite pas l'étendue des revendications, et de nombreuses alterna ves, modifications et variations seront apparentes à l'homme 5 du métier.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de pastilles de combusible nucléaire à absorbeur conson-mable, caractérise en ce qu'il comprend a) l'ajout d'un composé de bore et d'un composé de 5 manganèse à un ou plusieurs types de combustibles nucléaires pulvérulents choisis dans le groupe. constitué du dio.de d'uranium (UO2), du dioxyde de plutonium (Pu02) et du dioxyde de thorium (Th02) et leur mélange ; 10 b) le compactage du mélange pulvérulent de l'étape a) pour obtenir des comprimés ; et c) le frittage des comprimés de l'étape b) sous une atmosphère d'hydrogène.
2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, 15 dans lequel le conposé de boIe de l'étape a) est un ou plusieurs types :1e comp choisis dans le groupe constitué du carbure de bore (BIC), du diborure de titane (TiB2), du liborure de zirconium (ZrB2) et du nitrure de. bore HM. 20
3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le composé de bore de l'étape a) est le nitrure de bore (BN).
4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revencations précédentes, dans lequel le composé 25 de manganèse de l'étape a) est un ou plusieurs types de composés choisis dans le groupe constitué de l'oxyde de ..gane (MnO), du dioxyde de manganèse (Mn02), du sulfe de ma7-nése, du fluorure de manganèse et du chlorure de manganèse.
5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composé ce manganèse de l'étape a) est l'oxyde de manganèse (MnO)
6. Procédé de fabrication selon :ne quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composé de bore de l'étape a) est té en une quantiLé de 0,01 % à 5 % en poids par combustible nucléaire pulvérulent, et le composé de manganèse de l'étape a) est ajouté en une quantité de 0,01 % à 1 % en poids par combustible nucléaire pulvérulent, et mélangés dedans.
7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les comprimes de l'étape b) sont formés sous une pression 15 de 1 tonne/cm2 à 5 tonnes/cm2.
8. Procédé de fabrication scion l'une quelconque des revendic:atiors nr(édu:.nr, dans lequel le composé de bore et le como :iganèse sont dispersés uniformément dans les pastilles de b). 20
9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le frittage de l'étape c) est réalisé à une température située dans la plage allant de 1000 °C à 1500 °C.
10. Procédé de fabrication selon l'une quelconque 25 des revendications précédentes, dans lequel le frittage de l'étape c) est réalisé à une température située dans la plage allant de 1000 °C à 1200 °C.
11. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel 30 l'atmosphère d'hydrogène comprend en outre un ou plusieurs types de gaz choisis dans le groupe constituéde l'argon, de l'azote, du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau.
12. Pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable fabriquées par le procédé de fabrication selon l'unc quelconque des revendications précédentes, caractériu::cs en ce que le composé de bore est uniformémen dispersé.
13. Pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable selon la revendication 12, dans lesquelles les pastilles de combustible nucléaire à absorbeur consommable ont une densité supérieure ou égale à 90 % DT (densité théorique).